降低高铬铁素体不锈钢中碳、氮含量的方法
不锈钢中都希望将碳含量尽可能降低，现广泛使用的AOD和VOD法，分别能将碳含量降至0. 03%和0.01%，已能满足奥氏体不锈钢的需求。但高铬铁素体不锈钢要求将碳含量降至0.003%，氮含量降至0.007%以下， 则需寻找新的工艺。
1、 电子束炉冶炼：
电子束炉冶炼，是公认的合金提纯的有效方法。国内外对高铬铁素体不锈钢进行了冶炼，并得到了较好的效果：
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Cr26Mo1：
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C：0.002%
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N2：0.006%
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Cr30Mo2：
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C：0.003%
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N2：0.007%
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但电子束炉工艺复杂、成本高，且难以大规模生产，因而很难推广。
2、 超纯冶炼技术：
我们发明的超纯冶炼技术，可使合金的纯洁度大大提高。表（5）给出了在Ni—Cr系和Fe—Cr系合金中可达到的纯洁度水平。
表（5）纯洁度水平（%）
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杂质元素
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C
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O
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N
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S
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P
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Ni-Cr
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0.002
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0.0005
|
0.0005
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0.0005
|
0.001
|
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Fe-Cr
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0.002
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0.001
|
0.001
|
0.001
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0.003
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由表（5）知，通过超纯冶炼技术生产的高铬铁素体不锈钢，碳、氮含量可以达到要求。超纯冶炼技术对现有设备无需做大的改动，工艺成本增加不多，且便于实现工业化的生产，一吨炉型，年产过千吨，十吨炉型，年产过万吨。
(六)高铬铁素体不锈钢的冶炼实例
1、合金成份的比较：
表（6）两种工艺的成份比较
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工艺
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C
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N
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Cr
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Mo
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Si
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Mn
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P
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S
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电子束*
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0.003
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0.007
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29~31
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1.5~2.5
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≤0.5
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≤0.5
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≤0.02
|
≤0.02
|
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超纯△
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0.002
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0.005
|
29.27
|
1.75
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≤0.05
|
≤0.05
|
≤0.014
|
0.003
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由表（6）知，用超纯冶炼技术产生的高铬铁素体不锈钢的碳、氮含量完全能达到电子束炉的水平，甚至更好。
2、脆性转变温度的比较：
表（7）两种工艺的韧脆转变温度的比较
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温度（℃）
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20
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0
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-20
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-25
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-30
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-40
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-45
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-50
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-70
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电子束（J/cm2)
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~
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330
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310
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~
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320
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330
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9
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8
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~
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超纯 （J/cm2)
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346
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~
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360
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360
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357
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290
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356
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289
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8
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由表（8）知，超纯法冶炼的比电子束冶炼的高铬铁素体有更低的韧脆转变温度。
3、 室温拉伸性能的比较：
表（8）两种工艺的室温拉伸性能的比较
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工艺
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σb(MPa)
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σ0.2(MPa)
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δ(%)
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Ψ(%)
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电子束
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451
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≥294
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≥20
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45
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超纯
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544
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413
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32.8
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71.6
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由表（8）知，超纯法冶炼的合金强度和塑性不比电子束冶炼的差。
（七） 超纯高铬铁素体不锈钢近期可开发和应用的领域
1、 氯碱工业的蒸发器
氯碱法制碱分为离子膜法和隔膜法两种工艺。离子膜法制碱过程中，次氯酸盐很低，使镍制蒸发器寿命可达7~8年，较理想。我国约90%的碱是有隔膜法生产的，生产过程中形成较多的次氯酸盐。
由图（3）知，含次氯酸盐的碱溶液中，纯镍的抗蚀性大将，需要高铬铁素体。国内的蒸发器现仍然用镍制造，寿命短，仅一年有余。为了延长使用寿命，齐鲁石化曾高价进口一台高铬铁素体不锈钢的蒸发器。由于该设备中使用的高铬铁素体的碳含量不够低，在焊接后易发生晶界腐蚀，只好将其管板接头改用胀接，由于胀接处残余应力过大，使用寿命也仅三年零四个月。
我国现有近2000台浓缩碱的蒸发器，其中1/3工作条件恶劣，寿命很短，一台蒸发器造价百万元，使碱的生产成本大幅增加。因此，急需碳含量低，焊后不会有晶界腐蚀的高铬铁素体不锈钢。预计每年要造几百台蒸发器，需上千吨高铬铁素体不锈钢。
2、 烟气脱硫装置
发电厂每年排出大量硫，严重污染大气。国家规定，新建电厂必须同时配套建燃煤除硫装置，否则不允许发电运行；老厂也限定时间增添除硫装置。2003年我国建成了三十四套60万 kw的发电装置。预计今后一些年，新电厂的配套和老电厂的改造，每年要建近百套脱硫装置，约需几千吨不锈钢。
在脱硫过程中，介质中的氯化物将浓缩到几十万ppm，有严重的氯离子应力腐蚀倾向。因此，该装置的预洗塔容器、急冷塔容器、出口管道和再热器都需要用耐应力腐蚀的C—276、C—22等镍基耐蚀合金。高铬铁素体不锈钢具有极佳的抗应力腐蚀能力，完全能够替代镍基耐蚀合金，应用于烟气脱硫装置中。
一套烟气脱硫装置约需投资2亿元。由于镍基耐蚀合金特别昂贵，在投资中占很大的份额。如能用高铬铁素体不锈钢取代，则可大幅减少投资。
3、 尿素工业
早期，多年316（尿素级）不锈钢制造尿素装置，随着生产工艺的强化，用316L生产的设备寿命太短，逐步用尿素专用的高铬钼的奥氏体不锈钢（2RE69）或超级双相不锈钢（DP-12）代替。但从表（9）可知，高铬铁素体不锈钢具有非常好的抗尿素能了，但实际生产中却很少选用。原因何在呢？关键是先有的高铬铁素体不锈钢碳含量不够低，焊后晶界腐蚀严重。
表（9）在195℃脱氧尿素溶液中的腐蚀速度的比较
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牌号和主要成份
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316L（尿素级）17Cr-13Ni-2Mo
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2RE69
25Cr-22Ni-2Mo
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DP-12双相钢
25Cr-7Ni-3Mo
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高铬铁素体
30Cr-2Mo
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腐蚀速度（mm/年）
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60.60
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0.70
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0.34
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0.01
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尿素装置主要由合成塔、气提塔、冷凝塔和高压分解塔组成，塔内又由大量的气提管、冷凝管、分解管等以及输送管道。所有这些大型不件，都在现场由大量的板材和管材焊接而成，所以对焊接性能要求很高。目前生产的高铬铁素体不锈钢中碳含量不够低，就是加了一些Ti的Nb也还是不能抑制焊后晶界M23C6的网状析出，促使晶界腐蚀。用超纯技术冶炼的高铬铁素体不锈钢。碳含量可降到0.002%，完全消除了晶界析出M23C6的可能性，因此是理想的尿素生产用材。
肥工业是工业用不锈钢的最大用户，占工业用不锈钢总需求量的一半以上。我国近期新建、更新和维修48~52万吨级大型化肥厂，将需6万吨不锈钢，再加上新建中的中、小型化肥厂和现有50多家中型和1100多家小型化肥厂，需要大量的不锈钢，市场需求十分可观。
4、 其他一些领域
海水淡化：海水淡化需加热到120℃，快速蒸发，在导热管外冷凝成水。该装置中的很多部件有应力腐蚀倾向，需要选用耐应力腐蚀的材料。如泵、壳、轴、叶轮及蒸发罐、分离器、脱气装置等，但主要的是各种传热管。以100000m3/天的淡化装置计，约需2200吨的传热管。现主要用OOCr22Ni17Mo3NNb和OOCr22Ni13Mo5NNbV制造，其完全可以用高铬铁素体的Cr26Mo1代替。
纸张漂白：纸张漂白多用氯气、碱、次氯酸盐等，应力腐蚀严重。必须用OOCr20Ni25Mo4.5Cu、00Cr20Ni18Mo6CuN或C-276镍基合金等材料作管道泵、混合器、漂白塔、箱体、过滤圆桶、漂白液槽，漂白液输送管道等，其也可以用超纯高铬铁素体不锈钢替代。
火力和核电厂冷凝器:发电厂的冷凝器的管道，如用奥氏体不锈钢制造，很容易发生应力腐蚀，特别当用海水冷却时，国内曾发生过该类事故。而高铬铁素体不锈钢有很强的抗应力腐蚀能力，适合在该条件下使用。日本东京湾火力发电厂海水冷却用高纯Cr30Mo2无逢钢管，已使用12.5年。
理想的沿海屋顶材料：超纯高铬铁素体不锈钢，不仅耐蚀性好、加工性好、焊接性好，还由于膨胀系数低，用于长尺寸的大型建筑屋面板时，比奥氏体钢在设计、施工上均更有利。由于沿海建筑，从海上飞来的海盐粒子造成的腐蚀严重，特别是不易受雨水冲刷致海盐易浓缩的部位更严重。为此，日本开发出耐孔蚀好的高铬铁素体SUS447J（Cr30Mo2）建筑用不锈钢。日本关西机场，用Cr30Mo2（C+N<150ppm）做屋顶材料，效果较好。
有机酸工业：在高温含甲酸的醋酸中，通常使用的不锈钢已不能满足要求，随介质中甲酸含量的提高，依次使用高镍铬钼奥氏体不锈钢（00Cr20Ni25Mo4.5Cu）、双相不锈钢（00Cr25Ni7Mo3N）、镍基耐蚀合金(00Cr16Ni60Mo16W4)。而高铬铁素体不锈钢在有机酸中的抗蚀性特别好，不比镍基耐蚀和金差，可用在各种恶劣有机酸条件下。
（八） 结束语
高铬铁素体不锈钢具有优良的耐蚀性能、力学性能、工艺性能、物力性能，市场前景极为广泛。只因合金中的碳、氮含量降低得不够低，使合金易变脆和促使晶界腐蚀而被限制使用。现采用超纯冶炼技术，将可使高铬铁素体不锈钢中的碳、氮含量降至所需的水平，解决了合金的脆性和晶界腐蚀问题，极有可能促使高铬铁素体不锈钢得到更加广泛地应用。
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